电器学原理 教学课件 作者 曹云东 02电器发热计算3.ppt

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1、电器导体的发热1.电器在什么条件下才能达到稳定温升？2.何谓电器的发热时间常数？其大小对电器的发热及冷却过程有何影响？3.在电器中，发热时间常数与冷却时间常数是否相同?在整个发热过程中，发热时间常数是否变化？4.电器在短时工作制下为什么能提高负载能力?5.何谓电器的热稳定性及热稳定电流？思考题国标规定电器有四种工作制1.长期工作制2.间断长期工作制（几小时工作制）3.短时工作制4.反复短时工作制HOME§1-5不同工作制下电器的热计算1.长期工作制1)定义电器工作于长期工作制时，其工作时间通常大于8h，有的连续工作几天，甚至几个月。2)电器发热过程温升计算电器通电产生的能量损耗

2、，热平衡原理：发热=散热+吸热式中：Pdt—在dt时间内电器的总发热量；KTAτdt—在dt时间内电器的总散热量；cmdτ—在dt时间内电器温度升高dτ时所吸收的热量；c—比热容；m—发热体质量。电器温度达到稳定。HOME§1-5不同工作制下电器的热计算在t=0，τ=τ0；t→∞，τ=τw=P/KTA的条件下，求解微分方程，得：式中：T—电器的热时间常数，T=cm/(KTA)；τ0—电器开始通电时的温升，称为起始温升；τw—电器通电经无限长时间后的温升，因温升已不再增高，称为稳定温升，可利用牛顿公式计算。当t=0，τ0=0时，HOME§1-5不同工作制下电器的热计算电器长期工作

3、制下的发热过程HOMEt0T2T3T4Tττ0τw0.632τw§1-5不同工作制下电器的热计算0.982τw长期工作制：电器通电时间>4T（电器的热时间常数）。电器绝热状态：如果电器通电后，全部发热均为电器吸收，并使其温度升高（散热为零）。电器绝热状态下的热平衡：积分后当τ=τw时，HOME§1-5不同工作制下电器的热计算绝热条件下电器的发热过程HOMEt0T2T3T4Tττw§1-5不同工作制下电器的热计算热时间常数T的物理意义：电器在绝热条件下温升达到τw所需的时间。电器的比热容c和质量m越大，散热系数KT和散热面积A越小，热时间常数T越大，意味着电器达到稳定温升所需的时

4、间也越长。热惯性：电器温升不能突变的现象。电器温升不能随时间瞬时变化，而代表热惯性大小的主要参量就是热时间常数，它是研究电器动态热过程的重要物理量。HOME§1-5不同工作制下电器的热计算当电器切断电源，电器的热平衡方程：其解为：3）电器的冷却过程温升计算：HOME§1-5不同工作制下电器的热计算电器长期工作制下的冷却过程HOMEt0T2T3T4Tττw§1-5不同工作制下电器的热计算2.短时工作制1）定义：式中：τwd—对应于短时工作功率Pd的电器稳定温升。HOME0tττwdτwct1§1-5不同工作制下电器的热计算电器工作时间(通电时间)<4T，且断电时间>4T。在通电时

5、间内电器温升不会达到稳定值。2）热计算设t=0时，τ0=0。问题：作为电器产品，在确保其最高工作温升不超过其允许极限温升的条件下，哪种工作制时电器所允许的通电功率更大？答：短时工作制。为了使电器得到充分利用，可以加大电器的电流进行超载运行，只要使电器短时通电结束时的温升不超过长期通电时的稳定温升，电器便不会损坏。令功率过载系数：式中：τwc—对应于长期工作功率Pc下电器的稳定温升。HOME§1-5不同工作制下电器的热计算功率过载系数:电流过载系数:如果电器通电的时间比T小得多，将e-t1/T用级数展开,并忽律高次项HOME§1-5不同工作制下电器的热计算3.反复短时工作制1)定

6、义电器在通电和断电交替循环的情况下工作，电器通电和断电的时间均小于4T。2)反复短时工作制下的热计算设电器反复短时工作的功率为Pf，在通电t1时间后电器的温升由零升高到式中：τwf—功率Pf对应的稳定温升。在断电t2时间后电器的温升由降至HOME§1-5不同工作制下电器的热计算电器反复短时工作制下的发热和冷却过程HOMEt0ττwfτ’1τ’’1τ’2τ’kτ’’2τ’’kt1t2tp§1-5不同工作制下电器的热计算§1-5不同工作制下电器的热计算依此类推，对第k个周期，通电t1时间后电器的温升达到在断电t2时间后电器的温升由降至令第k周期的温升与长期工作的功率Pc所对应的稳定

7、温升τwc相等，则得到反复短时工作的功率过载系数为HOME如果工作周期tp=t1+t2<